Ext4

ext4 Eigenschaften

Was ist das?

Ext4 ist ein weit verbreitetes Dateisystem für Linux-Betriebssysteme. Es wurde als Nachfolger des älteren Ext3-Dateisystems entwickelt und bietet zahlreiche Verbesserungen und zusätzliche Funktionen. Hier sind die wichtigsten Eigenschaften von Ext4:

Größere Dateisysteme

• Ext4 verwaltet sehr große Dateisysteme: bis zu 1 Exbibyte (EiB) pro Dateisystem und bis zu 16 Tebibyte (TiB) pro Datei.
• Die 16 TiB je Datei gelten bei der üblichen Blockgröße von 4 KiB. Bei kleineren Blöcken sinkt der Wert entsprechend.

Verbesserte Leistung

• Ext4 arbeitet schneller als Ext3, besonders bei großen Dateisystemen und bei vielen Dateioperationen wie dem Anlegen und Löschen.
• Erreicht wird das vor allem durch Extents (zusammenhängende Blockbereiche statt einzelner Block-für-Block-Verweise), Multiblock-Allokation (mehrere Blöcke werden in einem Schritt reserviert) und Delayed Allocation (die Zuordnung auf der Platte wird bis zum Schreiben aufgeschoben, was Fragmentierung verringert).

Dateisystemjournaling

• Ext4 führt ein Journal, das nach einem Absturz die Konsistenz sicherstellt und langwierige komplette Prüfungen erspart.
• Es gibt drei Modi: journal (Metadaten und Daten werden ins Journal geschrieben, am sichersten, aber am langsamsten), ordered (nur Metadaten ins Journal, Daten werden vorher geschrieben – der voreingestellte Kompromiss) und writeback (nur Metadaten, ohne Reihenfolgegarantie – am schnellsten, aber nach einem Absturz können alte Daten in neuen Dateien stehen).

Online-Defragmentierung

• Fragmentierte Dateien lassen sich im laufenden Betrieb neu ordnen, ohne das Dateisystem auszuhängen. Das Werkzeug dazu ist e4defrag.

Erweiterte Attribute

• Ext4 speichert erweiterte Attribute (xattr) – zusätzliche Metadaten an Dateien und Verzeichnissen. Darauf setzen unter anderem SELinux-Kontexte, POSIX-ACLs und Capabilities auf.

Verschlüsselung

• Ext4 kann einzelne Verzeichnisse auf Dateiebene verschlüsseln (fscrypt). Das Feature muss beim Anlegen aktiviert sein (-O encrypt).
• Das ist etwas anderes als LUKS/dm-crypt: LUKS verschlüsselt das gesamte Blockgerät unter dem Dateisystem, fscrypt einzelne Verzeichnisse im Dateisystem.

Rückwärtskompatibilität

• Ext4 ist mit Ext3 und Ext2 kompatibel. Ein bestehendes Ext3- oder Ext2-Dateisystem lässt sich zu Ext4 aufrüsten, indem die neuen Features nachträglich eingeschaltet werden.

Zusammenfassend

• Diese Eigenschaften machen Ext4 zu einem robusten und leistungsfähigen Dateisystem für Linux.
• Es ist in vielen Distributionen die Voreinstellung und eignet sich wegen seiner Stabilität und Skalierbarkeit für Desktop wie Server.

Allgemein

mkfs.ext4 legt ein ext4-Dateisystem auf einer Partition oder einem Gerät an. Der Aufruf ohne Optionen genügt für den Normalfall – Blockgröße, Anzahl der Inodes und die übrigen Kennwerte werden aus der Gerätegröße abgeleitet.

Achtung: mkfs.ext4 fragt nicht nach und überschreibt ein vorhandenes Dateisystem sofort. Das Ziel muss die gewünschte Partition sein (z. B. /dev/sdg1), nicht die ganze Platte, außer man will das Dateisystem wirklich ohne Partitionstabelle direkt aufs Gerät legen.

Ein ext4-Dateisystem anlegen

• mkfs.ext4 /dev/sdg1

mke2fs 1.47.0 (5-Feb-2023)
Creating filesystem with 2621440 4k blocks and 655360 inodes
Filesystem UUID: 1b40fc1f-21dd-497e-9266-454f206f67b2
Superblock backups stored on blocks: 
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632
Allocating group tables: done                            
Writing inode tables: done                            
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

Aus der Ausgabe lässt sich schon einiges ablesen: die Blockgröße (4k), die Zahl der Blöcke und Inodes, die UUID und die Blöcke, auf denen die Superblock-Kopien liegen – genau die aus dem Artikel zum Dateisystem-Aufbau.

Wichtige Optionen

Option	Erklärung
-b BLOCKSIZE	Blockgröße in Byte: 1024, 2048 oder 4096
-L LABEL	Volume-Label setzen
-U UUID	UUID setzen (random für einen Zufallswert)
-N ANZAHL	feste Anzahl der Inodes
-i BYTES	ein Inode je so viele Byte – je größer der Wert, desto weniger Inodes
-m PROZENT	für root reservierter Anteil (Vorgabe 5 %)
-T TYP	Verwendungszweck: small, floppy, news u. a. – steuert die Inode-Dichte
-E OPTION	erweiterte Optionen, z. B. -E lazy_itable_init=0
-O FEATURE	Feature ein- oder ausschalten, z. B. -O encrypt oder -O ^has_journal
-n	nichts anlegen, nur anzeigen, was geschähe (u. a. die Lage der Superblock-Kopien)

-N und -i steuern beide die Zahl der Inodes, aber auf verschiedene Weise: -N gibt die Zahl direkt vor, -i gibt an, für wie viele Byte Nutzdaten ein Inode angelegt wird. Beides zusammen anzugeben ergibt keinen Sinn.

Beispiele

Mit festgelegter Blockgröße

Erlaubt sind 1024, 2048 oder 4096 Byte pro Block.

• mkfs.ext4 -b 2048 /dev/sdg1

Mit fester Anzahl der Inodes

• mkfs.ext4 -N 3072 /dev/sdg1

Mit Byte pro Inode

Je größer die Zahl, desto weniger Inodes werden angelegt.

• mkfs.ext4 -i 1024 /dev/sdg1

Mit Volume-Label

• mkfs.ext4 -L daten-platte /dev/sdg1

Mit vorgegebener UUID

• mkfs.ext4 -U 3c52166d-7803-42f4-952a-88bf43e11268 /dev/sdg1

Mit geändertem Reservat für root

Standard sind 5 %. Auf reinen Datenplatten ohne Systemdateien kann man den Wert senken.

• mkfs.ext4 -m 1 /dev/sdg1

Nur anzeigen, nichts schreiben

Zeigt die geplanten Kennwerte und die Lage der Superblock-Kopien, ohne die Platte zu verändern.

• mkfs.ext4 -n /dev/sdg1

Kontrolle nach dem Anlegen

Die Kennwerte des fertigen Dateisystems zeigt dumpe2fs im Kopfbereich.

• dumpe2fs -h /dev/sdg1

ext4 tuning eines Dateisystem

tune2fs ändert die Parameter eines bestehenden ext2/ext3/ext4-Dateisystems, ohne es neu anzulegen. Angewendet wird es auf die Partition, nicht auf ein gemountetes Verzeichnis. Die meisten Änderungen sind auch im eingehängten Zustand möglich; Ausnahmen nennt tune2fs selbst.

Anzeigen von Informationen

Zeigt den Superblock-Inhalt: UUID, Label, Block- und Inode-Zahl, Features, Zähler und Prüfintervalle.

• tune2fs -l /dev/sdg1

Maximale Mount-Zahl bis zur Zwangsprüfung

Nach so vielen Mount-Vorgängen erzwingt das System beim nächsten Start eine Prüfung mit fsck. Hier: alle 30 Mounts.

• tune2fs -c 30 /dev/sdg1

Auf den meisten aktuellen Distributionen ist diese Zwangsprüfung abgeschaltet (Wert 0), weil ein fsck-Lauf beim Booten unerwünscht ist. Abschalten:

• tune2fs -c 0 /dev/sdg1

Zeitintervall bis zur Zwangsprüfung

Prüfung nach einer festen Zeitspanne statt nach Mount-Zahl. Hier: alle zwei Monate (d Tage, w Wochen, m Monate).

• tune2fs -i 2m /dev/sdg1

Auch dieses Intervall ist meist auf 0 gesetzt. Abschalten:

• tune2fs -i 0 /dev/sdg1

Größe des Journals festlegen

Legt die Größe des Journals fest, hier 32 MiB. Das ist die Größe des Journals selbst, kein Cache.

• tune2fs -J size=32m /dev/sdg1

Journaling ein- oder ausschalten

Journaling einschalten (macht aus ext2 praktisch ext3):

• tune2fs -O has_journal /dev/sdg1

Journaling ausschalten – das vorangestellte ^ entfernt ein Feature:

• tune2fs -O ^has_journal /dev/sdg1

Dateisystem-Label ändern

Setzt das Label, über das die Partition auch in /etc/fstab als LABEL= angesprochen werden kann.

• tune2fs -L daten-platte /dev/sdg1

Für root reservierten Anteil ändern

-m setzt den Prozentsatz der Blöcke, die dem Superuser vorbehalten bleiben (Vorgabe 5 %). Das ist nicht die Zahl der erlaubten Mounts – die regelt -c. Auf reinen Datenplatten kann man den Wert senken:

• tune2fs -m 1 /dev/sdg1

Denselben Anteil als feste Blockzahl statt in Prozent setzt -r.

UUID ändern

Setzt eine neue UUID; random würfelt eine. Nötig etwa, nachdem eine Platte geklont wurde und zwei Dateisysteme dieselbe UUID tragen.

• tune2fs -U random /dev/sdg1

Kontrolle

Nach jeder Änderung lässt sich das Ergebnis wieder mit -l nachsehen.

• tune2fs -l /dev/sdg1

Aufgaben ext4

• ext4 Eigenschaften
• ext4 erstellen eines Dateisystem
• ext4 tuning eines Dateisystem
• ext4 Reparatur
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